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原来氧化锆氧量分析仪系统中,采用了24位ADC

发表时间:2022-05-05
科技的发展,芯片的需求也是越来越大,而芯片也有不同的位数,如:8位ADC、24位ADC等,每一芯片运用在产品中,都可以发挥不同功能,而今天要讲的内容是氧化锆氧量分析仪系统组成中,也采用了24位ADC芯片,接下来看看相关内容。


  一、系统组成


  该系统由电源单元、加热恒温控制单元、锆池电动势和内阻采集单元、数据通信和数据处理单元组成。设计技术难点:氧化锆探针恒温精密控制技术和锆池电动势微弱信号提取技术。恒温的稳定性直接决定了测量的稳定性。同时,标准气体的纯度和流量稳定性也会影响测试结果。实际工业现场工作条件与传感器探头生产过程的不一致也会影响最终的测量误差。主控采用益发半导体Stm32f103vet6单片机,控制和通讯采用隔磁数字信号,采集单元采用差分高阻抗运算放大器输出和衰减,适应大范围动态测试;加热采用高速光耦隔离和大功率晶闸管驱动加热器,满足快速恒温控制的要求。


  二、加热驱动和恒温控制


  加热控制电路采用电磁与高速光耦的组合隔离,实现与功率晶闸管组合的加热驱动,并通过同步过零触发电路实现晶闸管的上电控制,降低了类似移相触发引起的电网污染噪声。因为触发时间越接近电压过零点,导通瞬间的电流越小,电网电压波形中的干扰脉冲越小,并且只有在90度的导通角下才会产生最大的干扰脉冲。所采用的隔离光耦的电压摆幅率达到1500V/us,在驱动晶闸管后级电路时需要考虑浪涌电压吸收和静态DV/dt指标的提高。


  恒温过程是一个动态平衡过程。不同的控制算法、测量和控制电路延迟以及测量精度会影响控制精度和响应时间。为了实现精确控制,采用模糊PID复合算法提高控制精度和跟踪性能;为了提供影响速度,采用分段控制,并合理切割PID中的积分单元。升温过程快速实现,接近目标温度。该方法大大提高了恒温的动态性能和对内部参数的鲁棒性,减小了稳态误差,提高了温度控制精度。

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  三、数据采集与处理


  氧气测量不准确会带来一系列问题,如煤炭能耗增加、锅炉效率降低、环境污染等。目前,在氧气测量中,传感器在硬件和材料工艺改进方面存在差异。同时,由于硬件成本高、响应速度慢、易老化、精度受限等原因,软测量的分支也逐渐发展起来。通过选择主蒸汽流量、给水流量、燃料量、废气温度、送风机参数和引风机参数作为软测量模型的输入,可以计算特征氧含量。然而,由于软测量是通过离线模式建立参数模型进行评估和预测,这取决于输入变量的准确性,因此在工程应用中仍存在差距。本文主要采用硬件实时测量与分析。


  采集电路主要包括K热电偶电动势采集、冷端温度补偿采集、锆池电动势采集和内阻采集。由于信号从紫外到毫伏不等,存在数字时钟噪声、通信序列脉冲噪声、开关噪声、工频关机等噪声,以及较大的共触干扰信号。本文采用差分传输方式,前置运放采用ADI程控运放ad8250,18nv/√ Hz超低噪声级,共模抑制比达到110dB,输入阻抗为5gΩ,足以满足信号接近完整性输入。


  为了适应高动态范围,后级增加了程控衰减器ad8475,噪声级为10nv/√ 共模抑制比达到76dB,差分传输。低通滤波器用于抑制信号中的噪声。采用Ti ads1220和24位ADC,带有50Hz和60Hz抑制数字滤波器。采样率达到2ksps,内置小范围程控增益和温度采集单元。上述设计不仅满足了信号采集精度的要求,而且很好地抑制了常见的接触噪声和信号干扰噪声。同时,它可以适应较宽的动态范围,提高测量的灵敏度。测量数据通过数字滤波、线性拟合和指数拟合恢复真实结果。由于氧化锆氧分析仪的工作环境存在温度变化、风速、灰尘和老化等因素,且测量值随时间而变化,因此需要根据不同的工作条件进行在线校准。

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